Peaministrina toetas Brundtland Norra liitumist Euroopa Liiduga, kuigi tema parteis oli nii selle pooldajaid kui ka vastaseid. Kuid 1994. aastal toimunud rahvahääletusel hääletas 52,2 protsenti valijatest liikmesuse vastu.
Rahvusvaheline karjäär
Gro Harlem Brundtland oli Maailma Keskkonna- ja Arengukomisjoni (WCED) eesistuja; seda komisjoni kutsutaksegi tihti Brundtlandi komisjoniks. Ametis olles arendas tema juhitud kabinet jõudsasti edasi maailma jätkusuutlikku arengukontseptsiooni. 1987. aastal avaldas kabinet aruande "Our Common Future" ("Meie ühine tulevik"). Brundtlandi kabinet aitas läbi viia ka 1992. aastal Rio de Janeiros toimunud ÜRO Keskkonna- ja Arengukonverentsi.
Mais 1998 valiti Brundtland Maailma Tervishoiuorganisatsiooni direktoriks. Sel alal seadis ta pikaajalised eesmärgid ning asutas Commission on Macroeconomics and Healthi, mille juhiks valiti Jeffrey Sachs – komisjon tegeles peamiselt vägivalla kui ühe suurima tervishoiuprobleemi lahendamisega. Populaarteaduslik ajakiri Scientific American nimetas Brundtlandi 2003. aastal aasta poliitikuks, kuna tema kiire ja koordineeritud tegevus aitas vältida ülemaailmset SARS-i epideemiat. 21. juulil 2003 sai uueks Maailma Tervishoiuorganisatsiooni juhiks Jong-Wook Lee.
Tema tegevusest poliitikuna on kirjutanud kronoloogia Brundtlandi abikaasa Arne Olav Brundtland. Bestselleriks saanud raamatud on "Married to Gro" ja (selle järg) "Still married to Gro".